[發(fā)明專利]基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710909872.3
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN109583284B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王超;張紅;陳金星
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V10/26;G06V10/762
• 代理公司: 北京金信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11225
• 代理人: 王智

1.一種基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法，包括：

對原始高分辨率SAR圖像采用非局部濾波，對濾波后SAR圖像分割獲取勻質(zhì)區(qū)域，然后從中提取陰影區(qū)和高亮區(qū)，并利用陰影區(qū)和高亮區(qū)在距離向的位置關(guān)系確定建筑物候選區(qū)；

針對獨(dú)立高亮的建筑物候選區(qū)提取其最小外接矩形，計算矩形區(qū)域內(nèi)距離向上每一行的亮線長度并記錄其所在行位置，并基于該長度和行位置屬性利用聚類算法對其進(jìn)行聚類；

獲取聚類后的每個類別所對應(yīng)的二值區(qū)域，基于疊掩區(qū)平行四邊形幾何形狀的限制，利用仿射變換和最小二乘方法對其進(jìn)行擬合，獲取優(yōu)化后的建筑物候選區(qū)；其中，所述仿射變換包括：獲取該二值區(qū)域的最小外接矩形，基于該矩形邊界通過仿射變換最大限度匹配二值區(qū)域的邊界；令矩形邊界點(diǎn)為，；二值區(qū)域真實邊界為，，仿射變化得到的邊界，，則仿射變換的公式為：

其中，為水平方向的拉伸因子，為水平方向的偏移量，為錯切參數(shù)，且

；

其中，所述擬合包括：為獲取與的最佳匹配，將作為的替代值代入上述仿射變換公式，基于最小二乘方法獲取，和三個參數(shù)，計算公式為：

其中為中參與參數(shù)計算的總像元個數(shù)；

基于疊掩區(qū)的像元長度、像元采樣間隔和雷達(dá)入射角計算建筑物高度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法，其中，所述聚類算法采用Affinity?Propagation聚類算法，包括以下步驟：

統(tǒng)計最小外接矩形區(qū)域內(nèi)每一行上的亮線長度為，行坐標(biāo)為，則每一行構(gòu)建為一個數(shù)據(jù)點(diǎn)，最終獲取數(shù)據(jù)集，其中，刻畫的是疊掩區(qū)長度的相似性，刻畫的是距離上的鄰近性，令是一個刻畫點(diǎn)之間相似度的矩陣，表示與之間的相似度；

采用AP算法進(jìn)行迭代計算，以更新兩個吸引信息矩陣和歸屬信息矩陣，所述吸引信息矩陣和歸屬信息矩陣存在交替。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法，其中，所述吸引信息矩陣中的每個元素描述的是數(shù)據(jù)對象適合作為數(shù)據(jù)對象的聚類中心的程度，表示從到的消息；

所述歸屬信息矩陣中的每個元素描述的是數(shù)據(jù)對象選擇數(shù)據(jù)對象作為其聚類中心的適合程度，表示從到的消息。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法，其中，

所述吸引信息矩陣的初始值為0，迭代計算方式如下：

其中定義為

當(dāng)與都為1時，為與之間的歐式距離；

所述歸屬信息矩陣的初始值為0，迭代計算方式如下：

；

在進(jìn)行迭代時，如果這些決策經(jīng)過若干次迭代之后保持不變、或者算法執(zhí)行超過設(shè)定的迭代次數(shù)、或者一個小區(qū)域內(nèi)的關(guān)于樣本點(diǎn)的決策經(jīng)過數(shù)次迭代后保持不變，則算法結(jié)束。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法，其中，在AP算法更新信息時引入了衰減系數(shù)，以避免震蕩，每條信息被設(shè)置為它前次迭代更新值的倍加上本次信息更新值的倍，即：

。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法，其中，所述擬合還包括：

首先，需要建立與之間的一一對應(yīng)關(guān)系；

疊掩區(qū)形成的平行四邊形的水平邊界上的點(diǎn)不參與計算，其余邊界點(diǎn)可根據(jù)建立穩(wěn)定的一一對應(yīng)關(guān)系，并參與仿射變換參數(shù)的解算。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法，其中，基于疊掩區(qū)的像元長度、像元采樣間隔和雷達(dá)入射角計算建筑物高度包括：

在獲取疊掩區(qū)平行四邊形后，計算其距離向像元長度為，配合圖像距離向采樣間隔，雷達(dá)入射角，建立建筑物高度反演公式為：

。

8.一種基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取裝置，包括：

選取區(qū)域模塊，其配置為對原始高分辨率SAR圖像采用非局部濾波，對濾波后SAR圖像分割獲取勻質(zhì)區(qū)域，然后從中提取陰影區(qū)和高亮區(qū)，并利用陰影區(qū)和高亮區(qū)在距離向的位置關(guān)系確定建筑物候選區(qū)；

聚類分析模塊，其配置為針對獨(dú)立高亮的建筑物候選區(qū)提取其最小外接矩形，計算矩形區(qū)域內(nèi)距離向上每一行的亮線長度并記錄其所在行位置，并基于該長度和行位置屬性利用聚類算法對其進(jìn)行聚類；

建筑物疊掩區(qū)提取模塊，其配置為獲取聚類后的每個類別所對應(yīng)的二值區(qū)域，基于疊掩區(qū)平行四邊形幾何形狀的限制，利用仿射變換和最小二乘方法對其進(jìn)行擬合，獲取優(yōu)化后的建筑物候選區(qū)；其中，所述仿射變換包括：獲取該二值區(qū)域的最小外接矩形，基于該矩形邊界通過仿射變換最大限度匹配二值區(qū)域的邊界；令矩形邊界點(diǎn)為，；二值區(qū)域真實邊界為，，仿射變化得到的邊界，，則仿射變換的公式為：

其中，為水平方向的拉伸因子，為水平方向的偏移量，為錯切參數(shù)，且

；

其中，所述擬合包括：為獲取與的最佳匹配，將作為的替代值代入上述仿射變換公式，基于最小二乘方法獲取，和三個參數(shù)，計算公式為：

其中為中參與參數(shù)計算的總像元個數(shù)；

計算模塊，其配置為基于疊掩區(qū)的像元長度、像元采樣間隔和雷達(dá)入射角計算建筑物高度。